Japan Advanced Institute of Science and Technology
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Title Bluetooth ネットワークの有線拡張によるホームネッ
トワークの構築
Author(s) 井波, 政朗
Citation
Issue Date 2004‑03
Type Thesis or Dissertation Text version author
URL http://hdl.handle.net/10119/1782 Rights
Description Supervisor:丹 康雄, 情報科学研究科, 修士
Bluetooth ネットワークの有線拡張による ホームネットワークの構築
井波 政朗(210005)
北陸先端科学技術大学院大学 情報科学研究科 2003年2月14日
キーワード: Bluetooth, ブリッジ,ホームネットワーク.
近年, ネットワーク技術の進歩, 情報家電, 情報端末自身の技術的な進歩によって, 家庭 の機器が情報化され,それらがネットワークを介して接続されるホームネットワークの構 築が実現可能になりつつある. これにともなって, エアコンなどの白物家電の制御を目的
とした Echonet, PC や比較的高度な情報家電の制御を目的とした UPnP 等, ホームネッ
トワークを構築するための様々なミドルウェアが検討され, また, これらのインフラとな るネットワーク技術に関してもBluetooth, 無線LAN, UWB(Ultra Wideband) など様々 な技術が提案されている. 一般に，家庭内におけるネットワークには，新たな配線が不要 であること，ネットワークに参加，離脱するための操作が容易であること，低消費電力, 高セキュリティなどオフィスにおけるネットワークとは異なった技術が要求される.
このような要求に対し Bluetoothは,アド・ホックにネットワークを構築可能な点や,低 消費電力,セキュリティ機能などが規格に含まれている点など,ホームネットワーク構築の ためのインフラ技術として期待されるネットワーク規格の１つである. Bluetooth を用い た家庭内ネットワークの構築には, 電子レンジや無線LAN などの Bluetooth と同一の周 波数帯を利用する機器から干渉を受ける場所においても安定した接続を提供できること, 離れた場所, 壁などの障害物を挟んで存在する Bluetooth 接続範囲外となる機器間の相 互接続を提供できることが課題となる. このような課題に対して, 本研究では, Bluetooth ネットワークを有線拡張するシステムを提案する. 提案システムにより,ノイズや干渉を 受ける場所におけるBluetooth 機器間の安定した接続, Bluetooth 接続範囲の柔軟な拡張 を可能にする.
本研究では, まずBluetooth ネットワークの有線拡張の手法に関して物理層, データリ ンク層での有線拡張の手法, プロファイルよる有線接続について, 各層において有線接続 することの利点や, 有線拡張手法の実現性,問題点について検討を行った. 検討を行った結 果から, 本研究では, Bluetooth 規格で定義されるHCI(Host Controller Interface) におけ
るBluetooth 機器間の透過接続を実現する有線接続システムを提案する. 提案システムは,
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HCI での透過接続を実現することから,特別なプロファイルを持たない既存の Bluetooth 機器を透過に接続可能な有線接続システムである.
本研究で提案する有線接続システムは, Bluetooth に対するインターフェースである
Bluetooth インターフェースと,これらの管理および HCI イベント, HCI データ・パケッ
トの転送処理を行うManagerから構成される. 提案システムは,接続される Bluetooth機 器からのイベントを HCI イベントとHCI コマンドの対応関係を利用することで有線伝 送路での転送を実現し, データパケットの転送は, HCI データパケットを有線伝送路を用 いて中継し, コネクション・ハンドルの付け替えを行うことで実現する. さらに, 提案シ ステムは本来有線接続されることを想定していない HCI においてBluetooth 機器間の有 線接続を実現することから,接続されるBluetooth 機器に対して提案システムを透過な接 続システムとして動作させるために解決しなくてはならないいくつかの課題が存在する.
課題となる,ピコネット内同期,リモートの Bluetooth 機器情報の取得, Bluetooth デバイ スアドレス, セキュリティ・モードの一致などについてそれぞれ問題点を述べ, 各課題に 対する提案システムで用いる解決機構を提案する.
最終的に, 本研究では提案する有線接続システムの実装を行い, 提案システムの有効性 の検証を実機を用いて行った. 実装された提案システムを用いて, 既存の Bluetooth 製品 による接続検証を行い, 提案システムが用いる有線接続手法によって既存のBluetooth 機 器間を透過に接続可能であることを証明する. また, Bluetooth 機器を提案システムを用 いて有線接続した際に, 接続されるBluetooth 機器に与える影響を実装した提案システム を用いて評価する. 評価の結果,提案システムを用いることによるコネクション確立時の 遅延は最大で約4秒であり, 上位プロトコルのタイムアウト値と比較して十分に影響が少 ないことを示す. また, データの伝送遅延は約10msecから15msecと非常に小さく, 有線 伝送路の距離をかなり延長したとしても十分に通信が可能であることを示し,提案システ ムを介して接続された Bluetooth 機器間が直接接続した場合と同等なスループットが得 られることを示す.
そして, 提案システムの有効性を, Bluetooth 機器の接続距離による通信リンクの安定 性に対する問題と干渉を受ける場所における Bluetooth 機器間のリンクの安定性に関し て, 提案システムを用いて無線区間を縮めることで無線伝送ロスを軽減し解決できること を示した. また, BluetoohモジュールのLink QualityパラメータとTransmit Power level パラメータを測定し,提案システムが接続されるBluetooth 機器に提供できる通信品質に ついて評価を行った.
最後に, 提案システムの運用方法や有線伝送路間のプロトコル, 理想的な有線接続シス テムの実現に対する考察を行った. Baseband 層まで踏み込んだ有線接続システムの考案 と有線伝送路間のプロトコルの考案は今後の課題である.
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